合作筑巢鸟类棕榈䴕的“混居”密码：精细遗传结构揭示巢穴内的亲属与非亲属共存网络
摘要
在动物社会中，精细尺度的遗传结构既能创造亲属导向的合作机会，也可能引发亲属竞争。因此，了解个体间的亲缘关系是理解社会性演化选择压力及其对局部遗传结构影响的关键。本研究聚焦于伊斯帕尼奥拉岛特有的合作繁殖鸟类——棕榈䴕，旨在探究其大型复合巢内的亲缘关系模式。这些由树枝构建的复合巢结构巨大，内含多个独立的育雏室，由不同的繁殖对及其可能的家庭群体（含非繁殖帮手）使用和维护，并全年占据。
研究者从10个复合巢中捕获并遗传采样了102只成年棕榈䴕，并利用779个单核苷酸多态性位点进行了基因分型。分析发现，亲属与非亲属个体共同存在于复合巢中：大多数个体对之间并无亲缘关系，但部分个体对符合一阶或二阶亲属关系。尽管平均遗传亲缘度较低，但所有类型的个体对（雌-雌、雌-雄、雄-雄）在巢内的亲缘度均显著高于巢间。空间自相关分析显示，无论是雄性还是雌性，其个体间的遗传亲缘度与复合巢之间的距离均无关联。通过FST测量，群体整体表现出微弱但显著的遗传结构，表明在复合巢群体间存在低水平的遗传方差。然而，研究未检测到显著的隔离距离模式，也未发现性别间存在显著差异。使用棕榈䴕复合巢的群体似乎由亲属和非亲属共同组成，这表明其社会性筑巢行为可能同时涉及直接和间接的适合度收益。
引言
种群遗传结构通常源于有限的基因流，导致亲属的空间聚集以及遗传亲缘度随地理距离增加而下降。这种行为结构为基于亲缘的合作和竞争创造了条件。在鸟类中，尽管它们具备长距离扩散能力，但越来越多的研究发现多种社会系统下存在显著的精细遗传结构，包括传统的合作繁殖以及非繁殖集群等其他社会聚合形式。然而，这种结构并非普遍存在，表明在某些情况下，与亲属互动的成本或扩散的直接收益可能促使个体离开亲属。
复合筑巢行为为研究社会性繁殖的选择压力提供了独特机会。该现象在至少四个鸟类谱系中独立演化，包括棕榈䴕。这些物种共享相似的巢穴结构——大型的、树枝构建的树上结构，内含独立的封闭育雏室或栖息室，并且都是兼性合作繁殖者。社会互动可能发生在繁殖单位、复合巢乃至相邻巢穴等多个组织层次。目前，仅对少数复合筑巢物种的亲属关系、群体组成和种群遗传结构有较好描述，相关分析稀缺。
棕榈䴕是伊斯帕尼奥拉岛丰富但研究不足的鸟类。它们在棕榈树上建造大型树枝巢，通常包含一至五个独立的育雏室。每个复合巢由多个个体共同建造和防御，但繁殖对被认为在社会上一夫一妻制，并在各自独立的育雏室内抚育幼雏。它们是兼性合作繁殖者，但关于帮手是繁殖对的后代还是非亲属、扩散模式以及巢内外的遗传结构，均缺乏详细数据。
本研究旨在：量化复合巢内外的亲缘关系和遗传亲缘度模式，以检验社会性筑巢与精细遗传结构相关的假设；推断可能导致观察模式的出生地忠诚性或扩散模式。如果复合筑巢群体主要由亲属组成，我们预测：巢内繁殖群体的遗传亲缘度应显著高于研究区域的平均水平；巢内应存在密切相关的亲属对。如果后代更可能扩散到附近的巢穴，和/或棕榈䴕表现出强烈的出生地忠诚性，我们预测：个体间遗传亲缘度应随地理距离增加而下降；复合巢应表现出显著的遗传结构；遗传分化应与地理距离正相关。
方法
研究地点与样本采集
研究在多米尼加共和国的Piedra Blanca进行。在2016年和2017年，于约500公顷的研究区域内，对10个位于皇家棕榈和卡纳棕榈上的复合巢关联的群体进行了采样。使用雾网系统捕获鸟类，从臂静脉采集血液样本，并用2% SDS裂解缓冲液保存。每只个体佩戴独特的四色组合脚环。共采样102只成年个体，平均每个复合巢采样10.2只。所有样本均为成鸟，排除了当年雏鸟的干扰。捕获期与繁殖季重叠，证据包括观察到的孵卵斑、腹腔可见的卵以及早至5月7日观察到的雏鸟。
测序
使用试剂盒提取DNA，并通过P2/P8引物进行遗传性别鉴定。采用双酶切限制性位点相关DNA测序技术获取单核苷酸多态性位点。使用STACKS 2流程处理测序数据，经过严格的过滤（包括等位基因频率、个体覆盖率、哈迪-温伯格平衡等），最终获得779个高质量变异位点用于后续分析。为验证，也使用了包含3068个位点的更宽松过滤面板，结果定性相似。
统计分析
使用R语言进行统计分析。采用线性混合模型和广义线性混合模型等方法。
- 1.
亲缘度与复合巢群体组成：使用Wang估计量计算成对遗传亲缘度。通过线性混合模型检验巢内与巢间亲缘度的差异，并考虑性别配对及其交互作用。使用ML-RELATE程序基于最大似然法将个体对分类为无亲缘、二阶亲属或一阶亲属。将亲属关系作为二分类变量，通过广义线性混合模型分析其与巢比较和性别配对的关系。利用空间自相关分析检验遗传亲缘度与复合巢地理距离之间的关系，设置了七个距离等级。
- 2.
遗传结构与隔离距离：使用hierfstat包计算Weir和Cockerham估计的FST，并通过置换检验评估显著性。使用sexbias.test检验性别间的遗传结构差异。通过Mantel检验（ecodist包）分析遗传分化与地理距离的相关性，以检验隔离距离。同时使用基于分子方差分析的FST估计进行验证，结果一致。
结果
亲缘度与复合巢群体组成
10个复合巢间的平均距离为989米。巢内个体对的平均遗传亲缘度为0.042，显著高于巢间个体对的平均亲缘度。模型结果显示，亲缘度与“巢比较”和“性别配对”的交互作用显著。具体而言，无论是雌-雌、雄-雄还是异性对，巢内的亲缘度均显著高于巢间。此外，同一巢内的雌性对亲缘度高于不同巢的异性对，而不同巢的雌性对亲缘度低于同一巢的异性对。
在系统发生关系分类方面，在所有可能的巢内个体对中，2.2%被归类为一阶亲属，7.3%为二阶亲属。而在所有可能的巢间个体对中，仅0.3%为一阶亲属，0.7%为二阶亲属。具体到巢内，10个复合巢中有6个至少包含一对全同胞，9个至少包含一对全同胞或半同胞。广义线性混合模型表明，巢内个体对更可能是亲属。性别配对效应也显著，其中雄-雄对成为亲属的可能性显著低于雌-雌对。
空间自相关分析进一步证实了精细遗传亲缘度模式。对于所有个体、雌性和雄性，巢内的平均遗传亲缘度均显著高于随机预期。然而，在任何比较中，均未发现亲缘度与地理距离之间存在显著关系。ST与地理距离的隔离距离分析图，显示无显著关联。">
遗传结构
研究发现复合巢间存在微弱但显著的遗传结构。基于所有个体的平均成对FST为0.015。雌性间的遗传结构略低于雄性，但差异不显著。
隔离距离
Mantel检验未发现任何群体（所有个体、仅雌性、仅雄性）存在显著的隔离距离证据。基于分子方差分析FST估计的结果同样不显著。
讨论
本研究通过群体基因组分析，揭示了棕榈䴕社会群体内复杂的亲缘关系。遗传亲缘度分析和亲属分类均表明，复合筑巢群体中包含至少一些一阶和/或二阶亲属。一阶亲属关系的存在与两性的出生地忠诚性一致。然而，群体中也包含大量低亲缘度个体对。这些结果共同表明，棕榈䴕筑巢群体很可能由亲属和非亲属异质性混合组成，这增加了其复合筑巢行为可能同时涉及直接和间接适合度收益的可能性。
需要指出的是，本研究在复合巢层次进行分析，未能描述巢内具体繁殖单位的组成。在群织雀和和尚鹦鹉中，帮手和/或共同繁殖的成年个体通常是一阶亲属，但相反性别的繁殖成年个体通常无亲缘。本研究发现巢内存在潜在的一阶和二阶亲属，提示棕榈䴕的帮手可能是留居的亲属，但需进一步野外观察证实。同时，厘清棕榈䴕的遗传交配系统将有助于理解其独特的社会系统。
对遗传结构和隔离距离的分析与亲缘度分析结果一致，表明复合巢间存在明显的基因流动。尽管群体表现出与复合筑巢群体相关的微弱但显著的遗传结构，但未发现任何显著的隔离距离关系。雄性与雌性间的遗传分化差异不显著。这种缺乏空间模式和性别差异的情况表明，棕榈䴕的扩散距离足以涵盖整个研究区域。鉴于其他复合筑巢鸟类研究在更小空间尺度上检测到显著的亲属结构，在本研究空间尺度上缺乏显著遗传结构可能具有生物学相关性。
综上所述，在复合筑巢群体中发现混合亲缘关系、整体微弱的遗传结构以及无隔离距离证据，共同表明棕榈䴕的社会性筑巢可能同时涉及直接和间接的适合度收益。棕榈䴕的社会组织——多个繁殖对和/或繁殖群体共同形成复合筑巢群体，而这些群体本身又可以在空间上聚集成复合巢“邻里”——似乎代表了一种多层级的鸟类社会。需要更详细的研究来理解这种异常复杂社会结构的适合度后果和功能，从而更广泛地阐明促进社会性的选择压力。
